Устройство для плазменно-дуговой резки

 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗИЕННО ДУГОВОЙ, РЕЗКИ

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам, предназначенным для выполнения плазменно-дуговой резки при нестационарных режимных параметрах процесса.

Известны дозирующие устройства для поочередной подачи газовых или жидких сред, в которых данная подача производится с помощью электромагнитного клапана, питаемого от специальt0 ного источника напряжения н электри" . чески управляемого при помощи специального электронного программного устройства, настраиваемого каждый раз только иа один из возможных режимов (1 J. 3%

Недостатки таких устройств заключаются в том, что дозирукицие устройства (комплексы) сложны по конструкции, трудоемки в настройке. ненадежны в эксплуатации, громоздки, имеют меж. 26 ду рабочей зоной и распределительными клапанами значительные мертвые пространства, препятствукщие быстрой смене подаваемой среды, частота их работы ограничена скоростью срабатывания электромагнитных клапанов. Поэтому использование таких систем при плазменно-дуговой резке малоэффективно из-за появления на кромках реза заметных рисок, из-за недостаточной частоты срабатывания данной системы.

Известно также устройство для плазменно-дуговой резки, содержащее горелку, плоский золотник, газоподводящий тракт плазмообразукщего газа, камеру формирования дуги с установленным в ней электродом. На корпусе горелки жестко закреплена обойма, являющаяся продолжением корпуса, в котором размещен дополнительный корпус.

В этом корпусе выполнены два газоподводящих тракта, перекрываеилх плос»

KHM подпружиненным золотником с тангенциально расположенным пазом, причем расстояние от оси дополнительного корпуса до оси каждого нз газоподводящих трактов равно расстоянию от оси золотника до входа в тангенциаль.3 8 но расположенный паз, а выход с этого паза посредством специального сопла связан с полостью, расположенной внутри корпуса горелик и, в свою очередь, сообщающейся с полостью, в которой установлен электрод (2 J.

Недостатком известного устройства, несмотря на то, что оно обеспечивает выполнение процесса резки с изменением расхода газа, подаваемого в каме ру формирования дуги по периодическому закону, является известная его. сложность, обусловленная наличием плоского золотника что требует тщательной его притирки. Кроме того, при

Малых значениях расхода газа не может быть обеспечен:соответствующий поворот золотника, так как усилие, Необходимое для поворота золотника, при этом недостаточно. В силу этого не может быть реализовано выполнение процесса резки с пульсирующей подачей газа, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эфФекту к изобретению является устройство для плазменно-дуговой резки с пульсирующей подачей газа, содержашее нлазмотрон с камерой формирования дуги и пульсатор с электродвигателем с регулируемым числом оборотов и редуктором, на выходном валу которого установлен кулачпк для взаимодействия со штоком клапана для подачи газа, жестко соединенным с запорным конусом клапана, подпружиненным большим основанием относительно корпуса клапана, входное отверстие которого соединено шлангом с системой газопита" ния, а выходное - с камерой формирования дуги плазмотрона. Плазмотрон выполнен с тангенциальным каналом для ввода паазмообразующего газа в камеру формирования дуги плазмотрона. Устройство имеет источник питания с аппаратурой управления f3 ).

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает программированного изменения амплитудных значений давления в камере формирования дуги, что связано с необходимостью выполнения резки изделий толщиной до 50 мм. Поэтому иэвест ное устройство может быть использовано эффективно для обработки топщин не выше 16-18 мм. Дальнейшее увеличение толщины обрабатываемого металла обусловливает резкое снижение производительности обработки металла.

54б52 4

Цель изобретения — повьппение производительности процесса резки изделий толщиной до 50 мм.

Это достигается тем, что в устройстве для плаэменно-дуговой резки с цульсирующей подачей газа, содержащем плазмотрон с камерой формирования дуги и пульсатор с электродвигателем с регулируемым числом оборотов и редуктором, на выходном валу которого установлен кулачок для взаимодействия со штоком клапана для подачи газа жестко соединенным с запорным конусом клапана, подпружиненным большим основанием относительно корпуса клапана, входное отверстие которого соединено шлангам с системой газопитания, а выходное — c камерой формирования дуги плаэмотрона, пульсатор дополнитель20 но снабжен несколькими клапанами, выполненными аналогично первому и расположенными совместно с первым по окружности с центром, совпадающим с осью вращения кулачка, под

3 о углом один к другому, равным где =4-8 — общее число клапайов, при этом штоки клапанов расположены радиально, а расстояние от конца штока до центра окружности каждого последующего клапана в направлении

30 вращения кулачка меньше предыдущего на —, где b Π— разница между

ДС3 расстояниями конца штока до центра окружности первого и последнего клапанов в направлении вращения кулачка, при этом все входные отверстия дополнительных клапанов также соединены с системой газопитания, а выходные - с камерой формирования дуги плазмотрона.

На фиг.l изображено устройство пульсатора, используемого в данном устройстве; на фнг,2 — схема гаэоразводки плазмообразующего газа; на фиг.З - плазмотрон, испольэуеьпий

45 для резки внешний вид; на фиг.4— сечение А-А на фиг.Э; на фиг.5— график изменения расстояния между концами штоков различных клапанов для подачи газа и времени открыва 0 ния этих клапанов кулачковым механизмом; на фиг.б — график изменения во времени амплитудного значения давления в камере формирования дуги при подаче газа от различных клапанов, входящих,в состав пульсатора на фиг.7 — изменение глубины погружения анодного пятна в полости реза при подаче газа от клапана с боль854652 6 чи газа 33, соединен с баллоном со сжатым газом, либо с цеховой системой газопитания.

Внутри корпуса плазмотрона 34 установлен в камере 35 формирования дуги электрод 36 {си.фиг.3). Подвод плазмообразующего газа в камеру 35 формирования дуги выполнен посредством тангенциального канала.36 (см.фиг.4), который связан через полость штуцера 37 с трактом 32.

Клапаны ориентированы таким образом, что расстояние O между концом штока и осью вращения кулачка 2 выполнено перемЕнным, т.е. это расстояние ю выбрано наибольшим для клапана 9, а далее на каждом последующем клапане 8,7,6,5 и 4 по направлению вращения кулачка 3 значение Q уменьшено по сравнению с соответствующим значением для прерыдущего клапана

AO на величину — И-, где ЬO — разница между расстояниями конца штока первого и последнего клапанов в направлении вращении кулачка 3. В данном случае первым клапаном является клапан 9 со штоком 15, а последним — клапан

4 со штоком .10 (см. фиг, 5).

Время открывания каждого клапана при воздействии на его шток кулачка обозначено как 4о . При -. чем чем меньше значение о, тем больше время соответственно отко рывания клапана. Изменение давления в камере 35 формирования дуги во времени Ь обозначено как P„(см.фиг.6).

При этом время нарастания давления в камере 35 при открывании клалана обозначено как н, а время спада давления, определяющее прекращение подачи газа данным клапаном, обозначено как 4 „, Соответственно общая длительность одного цикла изменения давления, обеспечиваемого одним из клапанов, входящего в состав пульсатора, обозначена как tU t, +

Общая длительность изменения давления, обусловленного последовательно чередующимся срабатыванием всех кланов, входящих в состав пульсатора, T < „° N где И- общее число клапанов. При этом максимальное ампшим расстоянием между концом штока и осью вращения кулачка; на фиг.8то же, с меньшим расстоянием между концом штока и осью вращения кулачка; на фиг.9 — график изменения среднего значения напряжения на дуге и глубины погружения анодного пятна в полости реза, обеспечиваемое при подаче газа от раличных клапанов, входящих в состав пульсатора.

Позицией 1 (см.фиг. 1) обозначена окружность, описываемая концом кулачка 2 при его вращении в направлении показанном стрелкой, вала 3

15 редуктора. Каждый из клапанов 4-9, входящих в состав пульсатора, ориентирован в плоскости перпендикуляр— ной валу 3. Клапаны 4-9 расположены по окружности равномерно под углом

96О 20 один к другому, где и — общее число клапанов. В данном случае

И =6. При этом штоки 10-15 расположены радиально. Подвод плаэмообразующего газа выполнен шлангом 16, а шлангом 17 выполнен отвод газа. По конструкции все клапаны выполнены строго идентичными. При этом шток 15 клапана 9 жестко соединен с запорным конусом 18, который подпружинен пружиной 19. Подвод газа к клапану 9 выполнен шлангом 20, а запорный конус 18 установлен для перекрытия имвыходного отверстия 21, связанного с выходным шлангом 22 при отжатии

35 пружины 19. В следующем клапане 18 подвод газа выполнен шлангом 23, а отвод шлангом 24. Посредсгвом шланга 25 газ подведен к клапану 7, с ко- торым связан шланг 26 отвода газа от этого клапана. К клапану 6 газ подведен шлангом 27, а отвод газа выполнен шлангом 28. Электродвигатель

29 с регулируемым числом оборотов объединен в одном корпусе с малогабаритным редуктором, на выходном валу 3 которого жестко закреплен кулачок 2. От клапана 5 отвод плазмообразующего газа выполнен шлангом

30, а подвод к нему газа — шлангом 31 . Шланги 1 7, 30, 28, 26, 24 и 22 для отвода газа от каждого из клапанов объединены в одну общую магистраль — тракт 32 (см.фиг.2).Соответственно с трактом 33 подачи газа соединены шланги подвода газа 20, 23,25,27,31 и 16, посредством которых газ подведен к клапанам 9,8,7, 6,5 и 4 соответственно. Тракт подалитудное значение давления Я", еспечиваемое при открывании данного клапана, больше чем соответствующее значение P, получаемое при открывании предыдущего клапана. В процессе выполнения резки плазменной цугой обрабатываемого изделия 38

4652 8

5 I0

Установка работает следующим образом.

Включением электродвигателя 29 со встроенным редуктором устанавли30 вают требуемую скорость вращения вала

3 с кулачком 2. Конец кулачка 2 при этом описывает окружность 1 в направлении, показанном стрелкой, К клапанам 9,8,7,6,5 и 4 посредством план35

roa 20,23,25,27,31 и 16 подводят плазмообразующий газ от тракта 33 подачи газа, Соответственно шланги для вывода газа 22,24,26,28,30 и 17 присоединяют к одной выводной коммуникации выполненной в виде тракта 32. При нажатии кулачка 2 на шток 15 клапана

9 шток 15 обеспечивает смещение запорного конуса 18 и сжимает при этом пружину 19. При этом плазмообразующий газ от тракта 33 по шлангу 20 поступает во внутреннюю полость клапана, 9, иэ которой он выходит по шлангу

22 и далее через тракт 32 штуцер 37 и тангенциальный канал 36 поступает в камеру 35 формирования дуги плаэмотрона 34. Открывание клапана в течение времени 1О обуславливает повьппе" ние давления в камере 35 на время

Прекращение воздействия кулачка. 2 на шток 15 приводит к тому, что saпорный конус 18 под действием пружины 19 перекрывает отверстие 21 для выхода газа из клапана 9, и далее

55. 7 85 (см.фиг.7) глубина погружения анодного пятна в полости реза в различные моменты, времени различна.

Перед открыванием клапана анодное пятное. заглублено в полости реза на величину 11 И. Увеличение давления в камере формирования дуги до значенйя Р связано с углублением анодного пятна в полости реза до значения 111по, так как нри этом плазменная дуга более сжата и вьппе ее проникающая способность. Так как при срабатывании последующего клапана максимальное амплитудное значение и давления Р вьппе, чем Р то и глубина погружения анодного пятнаЬ

ЮС А у 1 „ц см.фиг.8, В то же время мийймальные значения глубины погружения анодного пятна мало отличны друг от друга, и „.„= ЬИ1Среднее значение глубины погружения анодного пятна, определяющее растяжку дуги в полости реза обозна-. чено как 1, а соответствующее ему напряжение на дуге -О (см.фиг.9) . газ через этот клапан 9 не поступает.

Это приводит к тому, что давление в камере 35 уменьшает свое значение вследствие выхода газа из камеры 35, что приводит к снижению давления за время акоп, то длительность +ь цикла изменения давления при срабатывании одного из клапанов, входящих в состав пульсатора, определяет сумма и + сп

Так как Угол с между осями штоков двух близрасположенных клапанов ра560 вен, где И вЂ” число клапанов, входящих в состав пульсатора, то значение 4; для всех клапанов является постоянным. Так как значение О которое характеризует расстояние штока до оси кулачка 2 для каждого последующего клапана по направлению вращения кулачка уменьшено на

И то при этом соответственно возрастает время бо, которое характеризует время открывания клапана, а следовательно возрастает время Ен . Возрастание времени о приводит к тому, что в кажцый последующий клапан поступает большее количество плазмообразующего газа, значит максимальное амплитудное значение давления Р< возрастает т.е. Р " ) Р, Поэтому горение плазменной дуги между электродом 36 и обрабатываемым изделием 38 с увеличением давления Pg, обуславливает увеличение проникающей способности дуги, вследствие того, что при этом имеет место ее более лучшее сжатие в ка— нале сопла дугового плазмотрона. Поэтому .и максимальная глубина погружения анодного пятна в полости реза возрастает при подаче газа каждым последующим клапаном, т.е. п ><) в

Таким образом в течение времени т„

У которое характеризует время изменения давления при срабатывании всех клапанов, входящих в состав пульсатора, численное значение которого выражает произведение 6 ц, где H - число клапанов, входящих в состав пульсатора, возрастает среднее значение глубины погружения анодного пятна в полости реза Ь ф .

При этом h y возрастает пропорционально увеличению максимальной глубине погружения анодного пятна в полости реза, так как минимальная глубина погружения аиодного пятна сохраняет свое значение - примерно постоянной, I511H 4 Ю1И

Это связано с тем, что несмотря на то, что в ка10

854652

10 формула изобретения

9 меру 35 формирования дуги на каждом последующем клагане поступает большее количество плазмообразующего газа, этот газ успевает выйти за время спада давления. Это обусловлено тем, что истечение газа из сопла плазмотрона определяют размеры эффективного проходного сечения в канале сопла, которые представляют разницу между площадью канала сопла и площадью занимаемой в нем дугой, а так как на каждом последующем клапане обеспечивают более высокую степень сжатия столба дуги, вследствие того, что сечение столба дуги при этом 1s уменьшает свою величину, соответственно возрастает эффективное сечете, обеспечивающее выход плазмообразующего газа.

Изменение во времени 4. среднего щ значения глубины погружения анодного пятна ср способствует повышению среднего- значения напряжения на дуге 0 .

Таким образом, в статике за вре- 25 мя Т дуга как бы совершает пилообразное движение, направленное от верхней кромки реза к нижней, что способствует более эффективному вводу тепла в обрабатываемое изделие, зд которое особенно проявляет себя при увеличении толщины разрезаемого металла. При этом вследствие того, что за время Т „ процесс изменения глубины погружения анодного пятна связан З5 с изменением давления в камере формирования дуги, обеспечивается высо-. кое качество кромок реза. Выбор значения ЬО, которое характеризует разницу между соответствующими значения- 40 .ми (М для первого и последнего клапана, устанавливают исходя из толщины обрабатываемого металла. Чем больше толщина металла, тем больше значение ЬО) соответственно. При этом 45 число клапанов, входящих в пульсатор, как правило, выбирают не более 6-8 в связи с трудностью размещения больmего числа клапанов в одной плоскости с обеспечением ориентации штоков в

50 радиальном направлении по отношению к оси вращения кулачка 2. При этом также устанавливают постоянным значени е уменьшения р ас ст Оя ния между концом штока и осью вращения кулачка

2 для двух близрасположенных клапанов, т.е. данное значение принимают равным — -, где h — число клапанов.

Возможным вариантом реализации предлагаемого устройства является его осуществление при установке корпусов клапанов на равном расстоянии от оси вращения кулачка, но с увеличением длины штока на каждом последующем клапане по сравнению с соответствующим значением для предыдущего клапана. Таким образом, за счет того, что в каждом последующем клапане обеспечивают смещение запорного конуса на большую величину. обеспечивается повышение количества газа, пода ваемого в резак на каждом последующем (по направлению вращения кулачка) клапане, что обеспечивает закон изменения давления за время Г, показанный на фиг.6.

Использование предлагагаемой установки обеспечивает увеличение толщины разрезаемого металла в 2-2,5 раза по сравнению с известной установкой, в которой резка металла толщиной более 30 мм может быть обеспечена только за счет увеличения длительности цикла изменения давления.

Однако имеющееся при этом уменьшение частоты следования импульсов подачи газа приводит к появлению рисок на боковых кромках реза, поэтому необходимость их устранения приводит к существенному снижению производительности обработки ° Предлагаемая установка обеспечивает резку толщин до 50 мм, гарантируя высокое качество кромок реза при более высокой производительности обработки, которая при этом возрастает на 60-70Х.

Устройство для плазменно-дуговой резки с пульсирующей подачей газа, содержащее плазмотрон с камерой формирования дуги и пульсатор с электродвигателем с регулируемым числом оборотов и редуктором, на выходном валу которого установлен кулачок для взаимодействия со штоком клапана для подачи газа, жестко соединенным с запорным конусом клапана, подпружиненным большим основанием относительно корпуса клапана, входное отверстие которого соединено шлангом с системой газопитания, а выходное — с камерой формирования дуги плазмотрона, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности процесса резки изделий толщиной до 50 мм, 11 85465 пульсатор дополнительно снабжен несколькими клапанами, выполненными аналогично первому и расположенными совместно с первым по окружности с центром, совпадающим с осью вращения кулачка, под углом один к другому, рав36О ным, где И =4-8 - общее число клапайов, при этом штоки клапанов расположены радиально, а расстояние от конца штока до центра окружности каждого последующего клапана в направлении вращения кулачка меньше предыдущего на. „,, д — разница между расстоянием конца штока до центра окружности первого и последнего клапанов в направлении вращения кулачка, при этом все входные отверс2 12 тия дополнительных клапанов также соединены с системой гаэопитания, а выходные — с камерой формирования дуги плазмотрона.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Башта Т.М. Гидравлические привода летательных аппаратов, М., Машгив, 1967.

2 ° Авторское свидетельство СССР

N 664793, кл. В 23 К 31/10, 21.04.77

3. Шапиро И.С. и др. Плазменнодуговая резка с пульсирующей подачей газа.— "Сварочное производство"

1978, 11- 3, с.40-43. (Риг. 7

854652 иф о и

Юелои nacibuu Фоуа

Составитель Г.. Квартальнова

Редактор Ю. Петрушко Техред А.Бабинец Корректор М. Шароши

Заказ 6576/19 Тираж 1148 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4